Развитие теории и практики резания

В конспекте лекций приведены с обобщающих позиций основные понятия и положения теории резания материалов, даны в кратком изложении их пояснения. Рассмотрено историческое развитие теории и практики резания, кинематика процесса резания, геометрические параметры режущего инструмента и заготовки, механика деформирования и стружкообразования, физические явления процесса резания, связанные с теплоо

бразованием, изнашиванием лезвия инструмента, формированием обработанной поверхности, а также комбинированные виды обработки и оптимизация функционирования системы резания.

Лекция 1. Основные тенденции развития машиностроения и механической обработки материалов. Роль обработки резанием среди других видов формообразования деталей. Теория резания как наука. Цели и задачи теории резания. Краткий исторический обзор развития теории и практики резания.

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Машиностроение является ключевой отраслью промышленности, так как без использования его возможностей по изготовлению необходимых деталей, изделий, оборудования и т.п. не может обойтись ни одна другая отрасль. Ориентация отечественной промышленности на применение малооперационных, малоотходных и безотходных технологических процессов, на замену в отдельных случаях резания материалов более экономичными методами формообразования не исключают, однако, обработки резанием, которая является и на многие годы останется основным технологическим приемом изготовления деталей машин. Это связано, во-первых, с появлением новых материалов, трудно поддающихся обработке; во-вторых, с усложнением конструкционных форм деталей; в-третьих, с повышением требований к точности и качеству изготовления деталей; в четвертых, с возможностью гибкого управления обработкой резания в отличии от других методов. Например, современные способы литья и обработки давлением (прецизионная прокатка или штамповка, ротационная ковка и выдавливание, порошковая металлургия) обеспечивают 5…10-й квалитеты точности и шероховатость поверхности Rа=80…5мкм. В сравнительно редких случаях достигаются 2…4 квалитеты точности и шероховатость Rа=10…0,08 мкм. Кроме того, потери металла по данным профессора Н.Н. Зорева составляют: при литье - 44%, при обработке давлением - 40%, при обработке резанием - 17%. При этом, по сведениям профессора Г.М. Сахарова, производительность (см3/ч) и энергозатраты (кВт/см3) различных видов обработки материалов соответственно следующие: лезвийная - 14,0 и 3,0; абразивная - 8,0 и 30,0; электрохимическая - 1,0 и 500,0; электроэрозионная - 0,1 и 150,0; ультразвуковая - 0,005 и 150,0; лазерная - 0,0001 и 150000. Поэтому в настоящее время до 80% заготовок деталей в машиностроении подвергается обработке резанием.

Современные тенденции развития машиностроения, связанные с автоматизацией производственных процессов, созданием гибких производственных систем и автоматизированных заводов требуют поиска новых подходов к исследованию процесса резания, основанных на достижениях фундаментальных наук, разработки новых видов обработки резанием, режущих инструментов и станков. Все это невозможно без знания и использования достижений науки о резании материалов.

ТЕОРИЯ РЕЗАНИЯ КАК НАУКА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ РЕЗАНИЯ

Теорией резания называется совокупность теоретических представлений о природе и основных физических закономерностях деформирования срезаемого слоя и стружкообразования, изнашивания режущего инструмента, формирования обработанной поверхности детали, а также об оптимизации процесса резания и управлении его параметрами.

Основными целями теории резания являются:

1. Повышение производительности процесса резания за счет применения прогрессивных видов обработки резанием, конструкций инструментов и станков, рациональных режимов резания, эффективных инструментальных материалов, охлаждающих средств и т.д.

2. Повышение точности и качества изделий, полученных путем обработки резанием.

3. Снижение себестоимости выпуска продукции за счет уменьшения расходов, связанных с процессом резания и инструментом.

Для достижения этих целей необходимо решить ряд задач, связанных с изучением:

1. Кинематики процесса резания;

2. Геометрии режущего инструмента;

3. Инструментальных материалов;

4. Деформации и стружкообразования при резании;

5. Сил и колебаний при резании;

6. Тепловых явлений, сопровождающих процесс резания;

7. Изнашивания режущих инструментов;

8. Точности и качества обработанной поверхности детали;

9. Особенностей обработки резанием материалов со специфическими свойствами;

10. Функционирования системы резания, ее оптимизации и управления.

Изучение этих вопросов позволяет создавать новые прогрессивные виды обработки резанием и режущие инструменты, разрабатывать методы расчета инструментов, приспособлений и станков, вырабатывать требования к металлургии инструментальных материалов, давать рекомендации по резанию труднообрабатываемых материалов, предлагать пути интенсификации процесса резания за счет комбинации поверхностных и энергетических воздействий на заготовку, оптимизировать параметры обработки и управлять ими.

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РЕЗАНИЯ

Исследования основных вопросов теории резания и ее развития охватывают определенный исторический период. В этом периоде следует выделить даты, имена и достижения, которых способствовали созданию практических основ механической обработки. Это, прежде всего, 1100 г. - Теофилус Пресбатер (Германия): дал описание способов работы резцами, напильниками, шаберами и т.п.; 1500г. - Леонардо да Винчи (Италия): предложил токарное устройство с маховиком, коленчатым валом, ходовым винтом и педальным приводом; 1578г. - Жак Бессон (Франция): осуществил нарезание резьбы и точение овала по шаблону; 1769г. - Джон Смит, Джон Уилксон (Англия): описали сверление цилиндрических отверстий; 1777г. - Иоган Беккон (Германия): провел систематизацию технологических способов обработки; 1825г. - Карл Кармаш (Германия): разработал основы механической технологии. Наблюдается постепенный переход от описательного к систематическому изложению механических технологий.

Первые исследования в области резания относятся к 1848 г. и принадлежат французу Кокилье, определившему полезное сопротивление, возникающее при сверлении кованого железа. В 1850 и 1864 гг. опыты Кокилье применительно к точению повторяют Кларинваль и Жоссель. Исследователи ограничивались только фиксацией полученных результатов, не вдаваясь в сущность явлений, их определяющих.

Наука о резании металлов зарождалась одновременно с комплексом смежных отраслей общего учения о металлах: открытие существования внутренних превращений стали при ее нагреве выше определенных температур (Д.К. Чернов - 1868 г), экспериментальные исследования деформации металлов в пластической области (Н. Треска - 1868 г), математическая теория пластичности (Сен-Венан - 1871 г).

Впервые наиболее глубоко теоретически и экспериментально начал изучать процесс резания, русский ученый профессор Петербургского горного института И.А. Тиме (1868 - 1880 гг.). В своих научных трудах "Сопротивление металлов и дерева резанию" и "Мемуары о строгании металлов" он впервые:

 Скачать реферат